DIFFUSION ET UTILISATION DE L INFORMATIQUE EN SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE Michel Coste, Laurence Clabaud, Sylvie Legrand et Naoum Salamé INRP, Département Technologies nouvelles et éducation 91, rue Gabriel Péri, 92120 MONTROUGE Résumé : Les informations disponibles sur les équipements en matériels informatiques et audiovisuels dans les ne donnent pas une idée précise de leur répartition disciplinaire. On a essayé de réunir des indications quantitatives sur la place réellement occupée par les outils informatiques en SVT au moyen d une enquête par questionnaire qui porte d une part sur l état de l équipement des laboratoires de SVT en matériel informatique, matériel d ExAO et logiciels associés, et d autre part sur les logiciels de simulation, modélisation et traitement de données. L'enquête concerne en outre les modalités d utilisation dans les classes de Seconde, Première S et Terminale S. Menée de manière systématique dans tous les publics de quatre académies : Versailles, Strasbourg, Orléans-, et Nantes, cette enquête fournit une image claire de la situation : effet des politiques d équipement et des actions de formation, stratégies d acquisition des logiciels par domaine et par type, utilisation importante et différenciée des outils disponibles suivant les thèmes et les classes. 1. INTRODUCTION Les informations disponibles sur les équipements en matériels informatiques et audiovisuels dans les (cf. note 95.13, mars, de la Direction de l évaluation et de la prospective du ministère) ne donnent pas une idée précise de leur répartition disciplinaire. Une enquête non publiée, réalisée dans l académie de Nancy-Metz fin 1995, montre une bonne implantation des matériels et des logiciels en sciences de la vie et de la Terre (SVT) dans cette académie, mais ne fournit pas d indications sur leurs utilisations pédagogiques. Etudiant les modalités d évaluation des activités scientifiques qui reposent sur l usage des outils informatiques, il est apparu nécessaire de réunir des indications quantitatives précises sur la place réellement occupée par ces outils en SVT au moyen d une enquête par questionnaire. Ce questionnaire porte d une part sur l état de l équipement des laboratoires de SVT en matériel informatique, matériel d ExAO et logiciels associés, ainsi que sur les logiciels de simulation, modélisation et traitement de données. Il concerne en outre les modalités d utilisation dans les classes de Seconde, Première S et Terminale S, cherchant plus particulièrement à préciser : - les conditions de travail en fonction de l équipement disponible dans les salles propres aux SVT et dans les salles polyvalentes ou mixtes ; - le fond commun des logiciels acquis et utilisés par les enseignants pour chaque niveau ; - le degré d utilisation de ces logiciels et les modalités les plus courantes (démonstration par l enseignant ou utilisation par les élèves). 2. ETENDUE DE L ENQUÊTE L enquête a été menée de manière systématique dans tous les publics de quatre académies : Versailles, Strasbourg, Orléans- et Nantes. Ont été ainsi contactés 28 à Nantes, 37 à Orléans-, 45 à Strasbourg et 130 à Versailles.
Lycées contactés Réponses reçues Nombre de réponses utilisables pour 240 les logiciels présents le mode d utilisation 2nde 1ère S Tale S 2nde 1ère S Tale S Avant relance 137 126 125 128 116 110 103 Après relance 192 170 172 174 148 145 157 Le pourcentage de retour après relance est de 80%, ce qui fait que les résultats fournissent une image claire de la situation dans les académies concernées. Comme tous les questionnaires ne sont pas entièrement remplis, le nombre de réponses utilisables pour chaque grande rubrique est donc variable. Si ces réponses témoignent d une connaissance précise en ce qui concerne les équipements, les questions relatives aux logiciels présents dans l établissement et à leur degré d utilisation semblent moins assurées. 3. LES RÉSULTATS 3.1 Équipement des en ordinateurs Pour plus de lisibilité nous avons regroupé les réponses à cette rubrique en quatre classes qui témoignent de conditions d enseignement de plus en plus favorables. X représente le nombre d ordinateurs présents dans les établissements. Le graphique montre la répartition toutes académies confondues. Ordinateurs en salles SVT ou mixte 6<X<9 28% X>9 17% X<3 12% 3<X<6 43% Par académie, la répartition est la suivante : en salle de SVT et en salle mixte. Ordinateurs en salle de SVT Rép. Réponses utilisables Nb. de X < 3 3 X< 6 6 X< 9 X 9 Nantes 28 23 2 9 15 65 4 17 1 4 Orléans- 37 31 0 0 9 29 10 32 7 23 Strasbourg 45 25 5 20 10 40 8 32 0 0 Versailles 130 104 14 13 40 38 22 21 13 13 Total 240 183 21 11 74 40 44 24 21 11 % 2
Ordinateurs en salle mixte SVT-sciences physiques Rép. Réponses utilisables Nb. de X < 3 3 X< 6 6 X< 9 X 9 Nantes 28 23 0 0 0 0 0 0 1 4 Orléans- 37 31 1 3 0 0 2 6 4 13 Strasbourg 45 25 0 0 2 8 0 0 0 0 Versailles 130 104 1 1 3 3 6 6 5 5 Total 240 183 2 1 5 3 8 4 10 5 Excepté deux dans l académie d Orléans- ayant à la fois une salle propre aux SVT et une salle mixte, tous les autres établissements possèdent soit l une soit l autre. Certains accèdent en outre à des salles interdisciplinaires. Ordinateurs en salle X < 3 3 X< 6 6 X< 9 X 9 interdisciplinaire Rép. Réponses Nb. de % utilisables Nantes 28 23 0 0 0 0 0 0 3 2 Orléans- 37 31 0 0 0 0 4 13 12 39 Strasbourg 45 25 0 0 0 0 2 8 4 16 Versailles 130 104 0 0 1 1 5 5 16 16 Total 240 183 0 0 1 0,5 11 6 35 19 % L analyse de ces résultats montre que : - Les salles mixtes SVT-sciences physique sont peu nombreuses mais elles permettent l utilisation d un parc informatique plus conséquent. - Les salles interdisciplinaires, lorsqu elles sont accessibles, peuvent être un complément intéressant, notamment pour l utilisation des logiciels de simulation, de modélisation et d analyse de données. - En additionnant les résultats des tableaux concernant les salles spécifiques ou partagées avec les sciences physiques, 44% des établissements ont accès à des salles disposant de plus de six ordinateurs (soit un ordinateur pour 2 ou 3 élèves, dans une classe de 36 élèves dédoublée en TP). - Près de 88% des, accèdent à des salles ayant au moins trois ordinateurs. - L importance de ce parc s explique par les plans de dotation dans des académies : 4 ordinateurs par lycée dans l académie de Nantes, 6 dans l académie d Orléans-, 3 dans l académie de Versailles (Des crédits ont été attribués lors des changements de programme dans l'académie de Strasbourg). - De plus, les possibilités d acquisition d équipements supplémentaires sur différents fonds ou par récupération de matériels provenant d autres sections de l établissement (STT par exemple), font que le parc d ordinateurs est généralement hétéroclite. 3
3.2 Equipement des en chaînes d ExAO Il convient de noter que l ExAO tolère plus facilement des groupes de travail de 3-4 élèves. ExAO : oxymétrie X < 3 3 X< 6 6 X< 9 X 9 Rép. Réponses Nb. de % utilisables Nantes 23 22 1 5 9 41 9 41 3 14 Orléans- 31 28 1 4 3 11 10 36 14 50 Strasbourg 25 24 4 17 9 38 10 42 1 4 Versailles 104 83 5 6 9 11 28 34 41 49 Total 183 157 11 7 30 19 57 36 59 38 ExAO : électrophysiologie X < 3 3 X< 6 6 X< 9 X 9 Rép. Réponses Nb. de % utilisables Nantes 23 18 10 56 5 28 3 17 0 0 Orléans- 31 27 4 15 5 19 11 41 7 26 Strasbourg 25 17 13 76 3 18 1 6 0 0 Versailles 104 83 22 27 20 24 21 25 20 24 Total 183 145 49 34 33 23 36 25 27 19 L analyse de ces résultats montre que : - 74% des établissements disposent de plus de 4 chaînes d ExAO pour l oxymétrie, contre 44% disposant de plus de 4 chaînes pour l électrophysiologie (probablement parce que le matériel et la formation des enseignants sont plus anciens en oxymétrie, celle-ci touchant en plus des parties plus nombreuses dans les programmes). Les plans de dotation académiques ont également porté plus spécifiquement sur l équipement en chaîne d ExAO (par lycée, dans l académie de Nantes 3 chaînes d oxymétrie et une chaîne d électrophysiologie, dans l académie d Orléans-, 6 chaînes complètes, dans l académie de Versailles, 3 chaînes complètes ; pas de dotation spécifique dans l'académie de Strasbourg). Ces dotations sont en cours d achèvement. A l heure actuelle, l académie d Orléans- est la mieux équipée avec 86% des établissements ayant plus de 4 chaînes d oxymétrie et 67% ayant plus de 4 chaînes d électrophysiologie. 3.3 Equipement en logiciels et utilisation pédagogique L'analyse quasi exhaustive des applications pédagogiques disponibles spécifiquement pour l'enseignement des SVT a conduit à leur regroupement en quelques catégories : logiciels et matériels d'expérimentation assitée par ordinateur, modélisation et simulation, analyse et traitement de données, tutoriels et didacticiels divers, CDROM encyclopédiques. On a entrepris d'étudier par questionnaire la présence et l'utilisation avec les élèves des quatre premières catégories. Les résultats rapportés concernent les applications présentes dans plus de 10% des établissements et utilisées au moins avec 10% des élèves. 4
3.3.1. En classe de seconde Sur une vingtaine de logiciels disponibles ou de types d expérimentations possibles, sept atteignent un niveau d utilisation supérieur à 10%. Les résultats sont donnés par ordre décroissant de présence toutes académies confondues. Les différences entre logiciels présents et utilisés constituent les non-réponses. La logithèque en Seconde Logiciel présent Logiciel utilisé % d utilisation et son utilisation Réponses : 170 Réponses : 148 du logiciel N Nom du logiciel Type Nb. de % Lycées % par les élèves utilisateurs 1 Photosynthèse E 157 92 125 84 87 2 Chaîne nerveuse E 91 54 47 32 66 3 Variation des E 85 50 63 43 89 facteurs 4 Synapses S 69 41 38 26 100 5 PC Univers B 58 34 39 26 90 6 Titus T 57 34 19 13 89 7 Econappe T 34 20 18 12 94 B = Banque de données encyclopédiques ; E = Expérimentation ExAO ; S = Simulation ; T = Traitement de données ou d images Présence et utilisation des logiciels en seconde % de présence ou d'utilisation 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 N du Logiciel Logiciels présents Logiciels utilisés Quelques éléments d'analyse : - L ExAO est l outil informatique principalement utilisé en seconde. - Pour les autres logiciels, qui répondent chacun à une partie spécifique du programme, nous avons émis les hypothèses suivantes : - PC Univers est le seul logiciel rédigé en français, abordant ce thème. - Econappe est un logiciel récent, dont les possibilités sont encore peu connues. - Synapses nécessite une adaptation pédagogique pour l utiliser en seconde. Ce logiciel est aussi utilisable en terminale ce qui peut expliquer sa forte présence. - Titus répond moins bien aux nouveaux programmes, d où l écart entre présence et utilisation. 5
3.3.2 En classe de première S Sur 25 logiciels ou expérimentations, 20 atteignent un niveau d utilisation supérieur à 10%. La logithèque en 1ère S Logiciel présent Logiciel utilisé % d utilisation et son utilisation Nombre de réponses : Nombre de réponses : 145 du logiciel 172 N Nom du logiciel Type Nb. de % Lycées % % utilisateurs 1 Métab. humain E 165 96 132 91 96 2 Photosynthèse E 165 96 122 84 92 3 Métab. cellulaire E 155 90 121 83 95 4 Hill E 154 90 102 70 94 5 Enzymologie E 149 87 121 83 97 6 Seqaid T 140 81 84 58 98 7 Métab. E 136 79 82 57 94 organisme 8 Fermentation E 126 73 85 59 98 9 Spectro E 73 42 42 29 95 10 Nut T 67 39 43 30 95 11 ADN 1-2 D 58 34 49 34 98 12 Sismologue T 53 31 36 25 97 13 Titus T 48 28 26 18 92 14 Diet T 42 24 19 13 100 15 Synthèse D 41 24 26 18 96 protéines 16 Mitose-méiose D 38 22 23 16 96 17 ADN D 38 22 28 19 93 18 Enzymes S 27 16 22 15 100 19 Genexpress D 24 14 16 11 94 20 Cardio E 18 10 16 11 94 Pré se nce e t utilisa tion de s logicie ls e n Pre m iè re S % de présence ou d'utilisation 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Logiciels présents L o g ic ie ls u tilis é s 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 N du logiciel 6
L analyse de ces résultats montre que : - La 1ère S est, de par les programmes, la classe la plus appropriée à l utilisation de l ExAO au lycée. La fréquence élevée de cette utilisation existe même dans les où l équipement est limitant. - Certains logiciels, comme Nut, Diet, Titus, correspondent à des thèmes pouvant être traités en option ce qui, de fait, limite leur utilisation. Les logiciels qui traitent des questions de génétique sont assez utilisés ce qui peut être mis en relation avec les formations spécifiques dispensées par les MAFPEN dans les quatre académies concernées par cette enquête. 3.3.3 En classe de Terminale S Sur 17 logiciels ou expérimentations, 11 atteignent un niveau d utilisation supérieur à 10%. La logithèque en Logiciel présent Logiciel utilisé % d utilisation Terminale S et son utilisation Nombre de réponses : Nombre de réponses : du logiciel 174 157 N Nom du logiciel Type Nombre de % Lycées % % utilisateurs 1 Réflexe E 148 85 103 65 92 myotatique 2 Seqaid T 136 78 81 51 99 3 Activité cardiaque E 120 69 58 37 95 4 Potentiel d'action E 105 60 57 36 95 5 Evolmol T 83 48 58 37 97 6 Synapses S 67 39 44 28 100 7 Fibre nerveuse S 65 37 49 31 100 8 Neurostim S 42 24 22 14 100 9 ADN D 36 21 21 13 95 10 Mitose-méiose D 34 20 16 10 100 11 Neurosim S 17 10 12 8 100 Présence et utilisation des logiciels en Terminale S % de présence ou d'utilisation 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Logiciels présents Logiciels utilisés 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 N du logiciel 7
L analyse de ces résultats montre que, en relation avec les thèmes abordés dans le programme de cette classe : - Le nombre d expérimentations impliquant l ExAO est plus faible qu en première S. Cependant lorsque l utilisation est possible, elle est très forte. - Les logiciels de simulation et de traitement de données sont très utilisés dans les domaines où l expérimentation est impossible. 4. CONCLUSIONS GÉNÉRALES La première conclusion qui se dégage de cette enquête est relative à la forte implantation de l'informatique dans l'enseignement des SVT. Les équipements, s ils sont encore répartis de manière inégale entre les académies (voire entre les établissements d'une même académie) deviennent cependant conséquents et permettent fréquemment de proposer dans de bonnes conditions des activités scientifiques aux élèves : 44 % des établissements possèdent des conditions correctes avec un équipement supérieur à 6 ordinateurs. Il reste que dans 12% des, l équipement est insuffisant pour instaurer un mode de travail individuel des élèves. L'usage de l ExAO est quasi général ; il est remarquable que ces expérimentations soient proposées dans un nombre élevé de, même s ils ne disposent pas de conditions matérielles satisfaisantes. La logithèque disponible pour l'enseignement est également remarquable par sa diversité. Il se dégage pour chaque classe un groupe de logiciels qui semblent bien adaptés aux programmes actuels ce qui se manifeste par une forte utilisation. L utilisation des diverses approches possibles avec l'informatique s est donc intégrée dans les pratiques pédagogiques. Si dans les années 70 certains pouvaient évoquer les matériels restant dans les placards, ceci est maintenant totalement révolu. Les investissements consentis pour l'équipement et pour la formation semblent se traduire par l'utilisation effective des matériels pédagogiques disponibles en fonction des besoins dans chaque classe. 8